Baterias de sodio y litio: ¿Un proximo desarrollo?

En Changsha, en el profundo interior de China, miles de químicos, ingenieros y trabajadores de la fabricación le están dando forma al futuro de las baterías. La Universidad Central del Sur de la ciudad produce graduados especializados en el avance de esta tecnología, al igual que la Universidad de Stanford en su momento moldeó a las carreras hechas para los futuros empresarios de Silicon Valley, que fueron pioneros en microchips. Del otro lado del río Xiang, grandes fábricas mezclan minerales en los compuestos altamente procesados que hacen posibles las baterías recargables.

Las baterías, en su mayoría hechas de litio, impulsaron el auge de los celulares y otros tantos productos electrónicos de consumo masivo. Hoy están transformando a la industria automotriz y pronto podrían comenzar a hacer lo mismo con los paneles solares y las turbinas eólicas, elementos cruciales en la lucha contra el cambio climático.

Resulta que es nada más ni nada menos que China la que domina su refinación y producción química. Actualmente, el gigante asiático se está en tratativas para comandar la próxima gran innovación en baterías recargables: reemplazar el litio con sodio, un material mucho más barato y abundante.

El sodio, que se encuentra en todo el mundo como parte de la sal, se vende a entre el 1 y 3% del precio del litio y, químicamente, es muy similar. Entre los avances recientes que tuvieron lugar en las fábricas del país, se logró que las baterías de sodio puedan recargarse a diario durante años, y que tengan más capacidad energética. Además, una gran ventaja con la que cuentan este tipo de baterías es que conservan casi la totalidad de la carga cuando las temperaturas descienden por debajo del punto de congelación, algo que las baterías de litio normalmente no hacen.

En Changsha, los graduados del frondoso campus de la Universidad Central del Sur están trabajando específicamente en la tecnología de las baterías de sodio en laboratorios de investigación dirigidos por empresas como BASF, de Alemania, el mayor fabricante de productos químicos del mundo. Una de las primeras grandes fábricas de productos químicos para baterías de sodio ya está en construcción a pocas cuadras de estos laboratorios.

Los ejecutivos de baterías chinos dijeron en entrevistas que el año pasado descubrieron cómo hacer que las celdas de las baterías de sodio fueran tan parecidas a las de litio. CATL (Contemporary Amperex Technology Ltd.), uno de los grandes imperios chinos y el mayor fabricante mundial de baterías para autos eléctricos, dice que la respuesta es a través de la combinación de celdas de sodio con celdas de litio en un mismo paquete de baterías. De esta forma se accede al bajo costo y la resistencia a la intemperie de las celdas de sodio, y se logra el rango extendido de las celdas de litio La compañía asegura estar preparada para producir en masa estos paquetes de baterías mixtas.

“Estamos listos para industrializarlo”, dijo Huang Qisen, vicedecano del instituto de investigación de CATL, en una entrevista en la sede de la empresa en Ningde, China. CATL depende en parte de los productos químicos de Changsha y recientemente construyó su primera línea de ensamblaje de baterías de sodio a gran escala en Ningde.

Las corporaciones multinacionales se dan cuenta del sodio

La investigación sobre el uso de sodio para las baterías comenzó en serio en la década de 1970, liderada entonces por los Estados Unidos. Hace 12 años, sin embargo, investigadores japoneses lograron avances cruciales y, desde entonces, las empresas chinas tomaron la delantera en la comercialización de la tecnología.

“El sodio reducirá el pico de demanda de litio”, dijo Mike Henry, director ejecutivo de BHP, la compañía minera más grande del mundo. “Estoy seguro de que vamos a empezar a ver cómo el sodio reemplaza al litio en más de una aplicación”.

De las 20 fábricas de baterías de sodio planificadas o en construcción en el mundo, 16 están ubicadas en China, según Benchmark Minerals, una firma consultora. En dos años, China va a tener casi el 95% de la capacidad mundial para fabricar baterías de sodio. Aunque para ese momento lo más probable es que la producción de baterías de litio siga eclipsando a la de baterías de sodio, la aceleración de esta fuente de energía es indiscutible.

El uso inmediato más prometedor para las baterías de sodio es para las redes eléctricas de cables y torres que transmiten electricidad. Las baterías para redes son un mercado de rápido crecimiento, especialmente en China. De hecho, este mes Tesla anunció que construiría una fábrica en Shanghai para fabricar baterías de litio para los proveedores de energía.

Un punto a considerar: las baterías de sodio deben ser más grandes que las de litio para mantener la misma carga eléctrica. Ese es un problema para los autos, que tienen un espacio limitado, pero no para el almacenamiento en la red eléctrica. Las empresas de servicios públicos que cambian de litio a sodio podrían simplemente colocar el doble de baterías grandes en un lote vacío cerca de paneles solares o turbinas eólicas.

A medida que las empresas de servicios públicos se trasladan a fuentes de energía respetuosas con el ambiente, aparece el apetito generalizado de baterías con mucho almacenamiento, que puedan almacenar, por ejemplo, energía mientras brilla el sol o sopla el viento, y usarla como reemplazo a la electricidad alimentada por nafta o gas.

En Shandong, una provincia china, la electricidad ya se vende hasta 20 veces más a primera hora de la tarde, cuando la demanda es alta, que al mediodía, cuando la red se inunda con más energía solar de la que necesitan las fábricas y los hogares. Las empresas generadoras de energía usan baterías de litio para distribuir su electricidad renovable durante más horas.

Pero algunas empresas de servicios públicos, como Three Gorges Corporation en el centro-oeste de China, están comenzando a experimentar con baterías de sodio. “Muchas provincias ya empezaron a exigir que las granjas solares o eólicas recién construidas instalen suficientes baterías para almacenar entre el 10 y el 20% de la electricidad que generan”, dijo Frank Haugwitz, consultor especializado en la industria solar de China.

CATL instaló baterías de litio del tamaño de minivanes en estaciones de carga de autos eléctricos en ciudades como Fuzhou. Estas se cargan automáticamente cuando la electricidad es barata, como durante la noche o cuando el sol brilla, y están listas cuando los conductores se acercan para una recarga. Actualmente, la empresa estudia la posibilidad de reemplazarlas por baterías de sodio.

A diferencia de las de litio, las baterías de sodio no requieren materiales que escasean, como el cobalto (mineral extraído principalmente en África en condiciones que ya alarmaron a los defensores de los derechos humanos), o el níquel, que proviene en gran parte de minas en Indonesia, Rusia y Filipinas.

A pesar de todas las ventajas que posee en su camino hacia el liderazgo en el tema sodio, China todavía enfrenta desafíos. Para empezar: dónde conseguir el sodio. Si bien la sal abunda en el país, Estados Unidos representa más del 90% de las reservas mundiales de carbonato de sodio fácilmente explotables, y se lleva, en consecuencia el título como principal fuente industrial de sodio. En las profundidades del desierto del sudoeste de Wyoming, en Estados Unidos, hay un vasto depósito de carbonato de sodio, formado hace 50 millones de años; y, de hecho, la ceniza de sosa se extrajo durante mucho tiempo para la industria de fabricación de vidrio de Estados Unidos.

China, por su parte, con reservas naturales de sodio mínimas y una gran renuencia a depender de las importaciones de Estados Unidos, ya está embalada en la producción de carbonato de sodio sintético en plantas químicas alimentadas con carbón. Esta industria tiene un historial de contaminación peligrosa del agua. En 2016 en el centro-este de China hubo un colapso de una pila de escoria alcalina que arrastró autos y contaminó un río importante.

Otra pregunta que se cierne sobre el sodio es si el litio va a seguir siendo caro. Los precios del litio se cuadriplicaron desde 2017 hasta noviembre pasado, pero desde entonces se redujeron levemente.

También existen dudas sobre la durabilidad de las baterías de sodio. “Las compañías eléctricas quieren ver cómo funcionan las baterías de sodio durante años al aire libre, no solo en los laboratorios”, indicó David Fishman, consultor del sector energético de Lantau Group, una firma consultora.

La demanda de baterías está creciendo rápidamente y es poco probable que el litio siga siendo el material dominante indefinidamente. “El sodio tiene un papel, sin dudas”, dijo Henry de BHP, a modo de conclusión. “Y China está a la vanguardia de la investigación en el tema”.